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級進模中拉深工序的設計往往是級進模開發(fā)的關鍵。長期依賴經驗公式的級進模拉深工序設計，由于產品材料性能和拉深工藝條件的變化，往往不是最佳的，有時甚至不可靠。這種經驗設計方法已經遠遠不能滿足現代制造業(yè)發(fā)展的需要。運用有限元分析模擬技術對級進模拉深工序進行分析和優(yōu)化，能有效提高設計的穩(wěn)健性，節(jié)約了模具的開發(fā)時間和成本。
本研究針對級進模拉深的特點，提出了基于FEA的級進模拉深工序優(yōu)化設計方法。圖級進模拉深工序優(yōu)化設計流程圖首先，根據拉深件的幾何外形，利用經驗公式對拉深毛坯尺寸、拉深次數和各工序拉深直徑以及級進模拉深的工藝切口形式進行初步設計。然后，基于經驗設計提供的工藝信息建立拉深的有限元模型，輸入材料特性和一定的工藝條件對拉深過程進行模擬，分析比較工藝條件的改變對拉深成形的影響，從而對基于經驗公式的拉深工序設計進行修改和優(yōu)化。
基于上述設計流程，為一個帶有側沖孔和商標印的圓筒件級進模的拉深工序進行了優(yōu)化設計。該零件材料為08F鋼，料厚0.25mm，外形及尺寸如圖所示。
(1)按如下經驗公式，求毛坯的計算直徑D1：D1=d21+6.28rd1+8r2+4d2h+6.28r1d2+4.56r21，代入圖提供的圓筒件尺寸，得：D1≈70.5mm。
(2)查表得修邊余量：δ=1.5mm。
(3)實際毛坯直徑為：D=D1+δ=72.0mm。
從以上計算不難發(fā)現，該零件總的拉深系數稍小于經驗公式提供的首次拉深系數，由于該零件步距較長，如果該圓筒件能一次拉深成形，一方面可以大大減小模具尺寸，降低模具復雜度，另一方面還可以提高該拉深件的表面質量。針對上述要求，建立了該零件一次拉深的有限元模型，對該圓筒件一次拉深成形的可行性進行了有限元分析，同時校核工藝切口設計的合理性。
根據經驗設計提供的毛坯尺寸、凸凹模直徑和圓角半徑，在板料成形性分析軟件Dynaform中建立毛坯、凸凹模和壓邊圈的幾何曲面，并將這些曲面離散成四邊形和三角形單元，如圖所示。在有限元模型中凸模、凹模和壓邊圈假設為剛體，板料近似為各項異性材料，各項異性由厚向異性系數描述。材料的硬化曲線由公式近似描述：
有限元模型中所需的板料力學性能參數K、n、r值由文獻提供，其數值如表所示。
潤滑和壓邊力是拉深工藝中兩個最重要的工藝參數，不合適的潤滑條件和壓邊力將直接導致拉深件的起皺和拉裂。為了研究該圓筒件一次拉深成形的工藝條件，在有限元模型中分別取不同的摩擦系數和壓邊力進行運算，再對結果進行比較和分析。
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